Bài giảng Các phương pháp cải tạo đất đá: Chương 2 - TS. Đặng Xuân Trường

ĐẠI HỌC TÀI NGUN & MƠI TRƯỜNG
Thành phố Hồ Chí Minh

CÁC PHƯƠNG PHÁP
CẢI TẠO ĐẤT ĐÁ
MSHP: 190114134

ĐẶNG XUÂN TRƯỜNG
Tiến sĩ, Kĩ sư Asean
E:
W: www.dangxuantruong.edu.vn
B: www.dxtruong.blogspot.com

C.2


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

CHƯƠNG 2

GIA CỐ ĐẤT NỀN YẾU
PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT XI MĂNG
(The soil cement column method)

Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

2


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.1 KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT - XI MĂNG (1/8)

 Được phát triển từ các ứng dụng của trụ vôi đất
từ những năm 1960 ở Thụy Điển và ở Liên Xô
cũ. Nhật bản là nước phát triển phương pháp
này đầu tiên trên thế giới.
 Để tạo trụ đất xi măng người ta dùng thiết bị
khoan đĩa xoắn vào trong đất với độ sâu tương
ứng với chiều dài của cột và xoay ngược chiều
để rút lên.
 Vật liệu gia cố được bơm qua ống dẫn trong
cần khoan vào lòng đất.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

3


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.1 KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT - XI MĂNG (2/8)

 Tác dụng hóa lý giữa vật liệu gia cố và đất xảy
ra, quá trình rắn chắc của đất phát triển theo
thời gian và tạo thành các trụ có sức chịu tải xác
định.
 Trụ đất xi măng có tiết diện trịn, đường kính
thường là 60cm, độ dài có thể đến 25m.
 Trụ đất xi măng thích hợp để gia cố nền đường,
móng các bồn chứa, các cơng trình dân dụng có
tải trọng khơng lớn, các nhà từ 3 – 5 tầng ở các

vùng đất yếu.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

4


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.1 KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT - XI MĂNG (3/8)

Trụ đất xi măng là giải pháp xử lý đất yếu bằng
cách sử dụng máy móc để trộn tại chỗ đất tự nhiên
với xi măng (có thể kết hợp cả phụ gia) để tạo ra
các trụ có đặc tính cơ học cải thiện so với đất tự
nhiên, từ đó tính chất cơ học của toàn bộ nền đất
được cải thiện giúp tăng độ ổn định và giảm độ lún
cho nền đất.

Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

5


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.1 KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT - XI MĂNG (4/8)
1

Hình 2: Trụ đất xi măng có lõi
thép

Nguồn: Tenox Kyusiu – Japan.
2

Hình 1: Trụ đất xi măng thông
thường
Nguồn: Tenox Kyusiu – Japan.

Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

6


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.1 KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT - XI MĂNG (5/8)

 Khi thi công trụ đất xi măng thì về cơ bản người ta
sử dụng những cần khoan được gắn vào các mô
tơ công suất lớn và được treo trên trục dẫn của xe
khoan.
 Trên thân của cần khoan có gắn các cánh trộn.
 Khi trục khoan quay thì các cánh trộn sẽ đánh tơi
đất và nhào trộn đất với chất gia cố được phun ra
từ các lỗ bố trí trên thân của cánh khoan.

Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

7

©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.1 KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT - XI MĂNG (6/8)
1

2

Hình 1: Cần khoan
Hình 2: Silo dung dịch xi măng
Nguồn: Tenox Kyusiu – Japan
Fecon.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

8


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.1 KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT - XI MĂNG (7/8)
1

2

Hình 1,2: Mũi khoan
Nguồn: Tenox Kyusiu – Japan.

Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

9

©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.1 KHÁI NIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP TRỤ ĐẤT - XI MĂNG (8/8)

 Có hai cơng nghệ thi công là trộn khô và công
nghệ trộn ướt.
 Công nghệ trộn khô ra đời trước, sử dụng chất kết
dính là xi măng bột, xi măng bột được đưa vào đất
nền bằng khí nén.
 Cơng nghệ trộn ướt sử dụng chất kết dính là vữa
xi măng. Xi măng được trộn với nước theo tỷ lệ
định trước tạo thành vữa xi măng, sau đó vữa xi
măng được đưa vào đất nền bằng máy bơm.

Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

10


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.2. ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG (1/3)

 Ưu điểm:
 Trụ đất xi măng thi cơng nhanh, ngồi ra nền đất yếu
sau khi xử lý bằng trụ đất xi măng thường có độ lún
cịn lại nhỏ nên khơng tốn vật liệu đắp bù lún và
khơng phải chờ nền đất cố kết, do đó tiến độ xây
dựng được đẩy nhanh.

 Có thể xử lý cục bộ một lớp đất nào đó của địa tầng.
 Có thể thi cơng trong điều kiện ngập nước.
 Thi cơng với độ ồn và độ rung nhỏ nên có thể áp
dụng cả trong đô thị.
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

11


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.2. ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG (2/3)

 Nhược điểm:
 Thiết bị thi công cồng kềnh, nặng nề đặc biệt là khi
cần thi cơng trụ có chiều dài lớn.

 Trụ dễ bị lỗi gây sự cố cơng trình.
 Phạm vi áp dụng:
 Xử lý được hầu hết các loại đất yếu, trừ đất có
hàm lượng hữu cơ cao.

Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

12


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.2. ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ÁP DỤNG (3/3)

Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

13


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.3. TRÌNH TỰ THIẾT KẾ & THI CƠNG (1/1)
Khảo sát ĐCCT, thí nghiệm xác định hàm lượng ximăng
Thiết kế sơ bộ nền gia cố
Thi công trụ thử bằng thiết bị dự kiến sử dụng
Tiến hành các thí nghiệm kiểm tra
So sánh lại với các thí nghiệm trong phịng
Điều chỉnh thiết kế

Thi cơng đại trà
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

14


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.4. TRÌNH TỰ TÍNH TỐN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (1/13)

Bước 1. Tính chịu tải tới hạn của nền cọc ximăng – đất

Qgh,đ = (πdcHc + 2.25πdc2)Cu
Trong đó:

dc - Đường kính của trụ (m)
Hc - Chiều dài trụ (m)
Cu - Độ bền cắt khơng thốt
nước trung bình của đất
quanh trụ (kPa)

Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

dc
Hc

Cu

15


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.4. TRÌNH TỰ TÍNH TỐN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (2/13)

Bước 2. Tính sức chịu tải tới hạn theo vật liệu làm cọc
1. Sức chịu tải tới hạn theo điều kiện ngắn hạn

Qgh,nh= Ac(3.5Cc + 3σh)

σh = σv + 5Cu
Ac

Trong đó:
Ac - tiết diện ngang của trụ (m2)

Cc - sức chống cắt khơng thốt nước
của trụ (kG/cm2)
σh - áp lực theo phương ngang (T/m2)
σv - áp lực thẳng đứng (T/m2).
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

dc

𝛔𝐯

dc
Hc

𝛔𝐡
𝐂𝐮
16


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.4. TRÌNH TỰ TÍNH TỐN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (3/13)

Bước 2. Tính sức chịu tải tới hạn theo vật liệu làm cọc
2. Độ bền cực hạn lâu dài của trụ
Qgh,ld = (0.65 ÷ 0.85)Qgh,nh
Độ bền cực hạn lâu dài của trụ nhỏ hơn
độ bền ngắn hạn do hiện tượng từ biến.

Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

17


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.4. TRÌNH TỰ TÍNH TỐN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (4/13)

Bước 3. Ứng suất trong trụ
Ac

𝐐𝐜
𝐏𝐭𝐜
𝛔𝐜 =
=
𝐀𝐜 𝐚 + (𝟏 − 𝐚) 𝐌đ
𝐌𝐜
Trong đó:
Ptc – tải trọng phân bố tác dụng lên trụ
đất – xi măng (kG/cm2)
Mđ – mô đun nén của đất nền xung
quanh trụ (kN/m2)
Mc – mô đun nén của trụ (kN/m2)
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

d

𝐏 𝐭𝐜

dc
Hc

18


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.4. TRÌNH TỰ TÍNH TỐN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (5/13)

Bước 4. Xác định độ lún

∆h1 là độ lún
của khối đất
được gia cố

Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

∆h2 là độ lún
của nền đất
dưới trụ

19


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.4. TRÌNH TỰ TÍNH TỐN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (6/13)

Bước 4. Xác định độ lún

Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

20


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.4. TRÌNH TỰ TÍNH TỐN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (7/13)

Bước 4. Xác định độ lún
1. Khi tải trọng tác dụng chưa vượt qua giới hạn từ biến

Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

21


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.4. TRÌNH TỰ TÍNH TỐN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (8/13)

Bước 4. Xác định độ lún

∆ℎ2 =

𝑠𝑖 =

𝛽𝑖
𝜎𝑔𝑙 ℎ𝑖
𝐸𝑖

Trong đó:
Si – độ lún lớp phân tố thứ i
σgl – ứng suất gây lún trong lớp phân tố thứ i
hi – chiều dày lớp đất phân tố thứ i
E – mô đun biến dạng của đất nền
ß – hệ số xét đến nở hơng của đất
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

22


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.4. TRÌNH TỰ TÍNH TỐN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (9/13)

Bước 4. Xác định độ lún
2. Tải trọng tác động lớn và ứng suất trong trụ tương ứng với

giới hạn từ biến

𝑝𝑡𝑐 = 𝑞1 + 𝑞2

𝑁𝑄𝑡ℎ,𝑙𝑑
𝑞1 =
𝐵𝐿
𝑞2 = 𝑝𝑡𝑐 − 𝑞1

Lúc đó: q1 dùng để tính lún cho Δh2, q2 dùng để tính lún cho Δh1
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

23


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.4. TRÌNH TỰ TÍNH TỐN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (10/13)

Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

24


©2021 by DANG XUAN TRUONG, PhD.

2.4. TRÌNH TỰ TÍNH TỐN TRỤ ĐẤT XI - MĂNG (11/13)

Bước 5. Tính tốn độ cố kết
 Độ cố kết được tính theo Barron (1948)
Trong đó:
Cvh – Hệ số cố kết của đất được gia
cố bằng trụ đất ximăng (cm2/năm)
t – Thời gian cố kết (năm)
R – Bán kính ảnh hưởng (m)
+ lưới ơ vng: R = 0.56d
+ lưới tam giác đều: R= 0.53d
d –Khoảng cách các tim trụ (m)
Bài giảng: Các phương pháp cải tạo đất đá

25